嵌入式驱动的构造分析总结

在Linux系统上编写驱动程序，说简单也简单，说难也难。难在于对算法的编写和设备的控制方面，是比较让人头疼的；说它简单是因为在Linux下已经有一套驱动开发的模式，编写的时候只需要按照这个模式写就可以了，而这个模式就是它事先定义好的一些结构体，在驱动编写的时候，只要对这些结构体根据设备的需求进行适当的填充，就实现了驱动的编写。

首先在Linux下，视一切事物皆为文件，它同样把驱动设备也看成是文件，对于简单的文件操作，无非就是open/close/read/write，在Linux对于文件的操作有一个关键的数据结构：file_operation，它的定义在源码目录下的include/linux/fs.h中，内容如下：

[cpp]view plaincopy

1.structfile_operations{

2.structmodule*owner;

3.loff_t(*llseek)(structfile*,loff_t,int);

4.ssize_t(*read)(structfile*,char__user*,size_t,loff_t*);

5.ssize_t(*write)(structfile*,constchar__user*,size_t,loff_t*);

6.ssize_t(*aio_read)(structkiocb*,conststructiovec*,unsignedlong,loff_t);

7.ssize_t(*aio_write)(structkiocb*,conststructiovec*,unsignedlong,loff_t);

8.int(*readdir)(structfile*,void*,filldir_t);

9.unsignedint(*poll)(structfile*,structpoll_table_struct*);

10.int(*ioctl)(structinode*,structfile*,unsignedint,unsignedlong);

11.long(*unlocked_ioctl)(structfile*,unsignedint,unsignedlong);

12.long(*compat_ioctl)(structfile*,unsignedint,unsignedlong);

13.int(*mmap)(structfile*,structvm_area_struct*);

14.int(*open)(structinode*,structfile*);

15.int(*flush)(structfile*,fl_owner_tid);

16.int(*release)(structinode*,structfile*);

17.int(*fsync)(structfile*,intdatasync);

18.int(*aio_fsync)(structkiocb*,intdatasync);

19.int(*fasync)(int,structfile*,int);

20.int(*lock)(structfile*,int,structfile_lock*);

21.ssize_t(*sendpage)(structfile*,structpage*,int,size_t,loff_t*,int);

22.unsignedlong(*get_unmapped_area)(structfile*,unsignedlong,unsignedlong,unsignedlong,unsignedlong);

23.int(*check_flags)(int);

24.int(*flock)(structfile*,int,structfile_lock*);

25.ssize_t(*splice_write)(structpipe_inode_info*,structfile*,loff_t*,size_t,unsignedint);

26.ssize_t(*splice_read)(structfile*,loff_t*,structpipe_inode_info*,size_t,unsignedint);

27.int(*setlease)(structfile*,long,structfile_lock**);

28.};

对于这个结构体中的元素来说，大家可以看到每个函数名前都有一个“*”，所以它们都是指向函数的指针。目前我们只需要关心

ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);

ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);

int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);

int (*open) (struct inode *, struct file *);

int (*release) (struct inode *, struct file *);

这几条，因为这篇文章就叫简单驱动。就是读（read）、写（write）、控制（ioctl）、打开（open）、卸载（release）。这个结构体在驱动中的作用就是把系统调用和驱动程序关联起来，它本身就是一系列指针的集合，每一个都对应一个系统调用。

但是毕竟file_operation是针对文件定义的一个结构体，所以在写驱动时，其中有一些元素是用不到的，所以在2.6版本引入了一个针对驱动的结构体框架：platform，它是通过结构体platform_device来描述设备，用platform_driver描述设备驱动，它们都在源代码目录下的include/linux/platform_device.h中定义，内容如下：

[cpp]view plaincopy

1.structplatform_device{

2.constchar*name;

3.intid;

4.structdevicedev;

5.u32num_resources;

6.structresource*resource;

7.conststructplatform_device_id*id_entry;

8./*archspecificadditions*/

9.structpdev_archdataarchdata;

10.};

11.structplatform_driver{

12.int(*probe)(structplatform_device*);

13.int(*remove)(structplatform_device*);

14.void(*shutdown)(structplatform_device*);

15.int(*suspend)(structplatform_device*,pm_message_tstate);

16.int(*resume)(structplatform_device*);

17.structdevice_driverdriver;

18.conststructplatform_device_id*id_table;

19.};

对于第一个结构体来说，它的作用就是给一个设备进行登记作用，相当于设备的身份证，要有姓名，身份证号，还有你的住址，当然其他一些东西就直接从旧身份证上copy过来，这就是其中的struct device dev，这是传统设备的一个封装，基本就是copy的意思了。对于第二个结构体，因为Linux源代码都是C语言编写的，对于这里它是利用结构体和函数指针，来实现了C语言中没有的“类”这一种结构，使得驱动模型成为一个面向对象的结构。对于其中的struct device_driver driver，它是描述设备驱动的基本数据结构，它是在源代码目录下的include/linux/device.h中定义的，内容如下：

[cpp]view plaincopy

1.structdevice_driver{

2.constchar*name;

3.structbus_type*bus;

4.structmodule*owner;

5.constchar*mod_name;/*usedforbuilt-inmodules*/

6.boolsuppress_bind_attrs;/*disablesbind/unbindviasysfs*/

7.#ifdefined(CONFIG_OF)

8.conststructof_device_id*of_match_table;

9.#endif

10.int(*probe)(structdevice*dev);

11.int(*remove)(structdevice*dev);

12.void(*shutdown)(structdevice*dev);

13.int(*suspend)(structdevice*dev,pm_message_tstate);

14.int(*resume)(structdevice*dev);

15.conststructattribute_group**groups;

16.conststructdev_pm_ops*pm;

17.structdriver_private*p;

18.};

依然全部都是以指针的形式定义的所有元素，对于驱动这一块来说，每一项肯定都是需要一个函数来实现的，如果不把它们集合起来，是很难管理的，而且很容易找不到，而且对于不同的驱动设备，它的每一个功能的函数名必定是不一样的，那么我们在开发的时候，需要用到这些函数的时候，就会很不方便，不可能在使用的时候去查找对应的源代码吧，所以就要进行一个封装，对于函数的封装，在C语言中一个对好的办法就是在结构体中使用指向函数的指针，这种方法其实我们在平时的程序开发中也可以使用，原则就是体现出一个“类”的感觉，就是面向对象的思想。

在Linux系统中，设备可以大致分为3类：字符设备、块设备和网络设备，而每种设备中又分为不同的子系统，由于具有自身的一些特殊性质，所以有不能归到某个已经存在的子类中，所以可以说是便于管理，也可以说是为了达到同一种定义模式，所以linux系统把这些子系统归为一个新类：misc ，以结构体miscdevice描述，在源代码目录下的include/linux/miscdevice.h中定义，内容如下：

[cpp]view plaincopy

1.structmiscdevice{

2.intminor;

3.constchar*name;

4.conststructfile_operations*fops;

5.structlist_headlist;

6.structdevice*parent;

7.structdevice*this_device;

8.constchar*nodename;

9.mode_tmode;

10.};

对于这些设备，它们都拥有一个共同主设备号10，所以它们是以次设备号来区分的，对于它里面的元素，大应该很眼熟吧，而且还有一个我们更熟悉的list_head的元素，这里也可以应证我之前说的list_head就是一个桥梁的说法了。

其实对于上面介绍的结构体，里面的元素的作用基本可以见名思意了，所以不用赘述了。其实写一个驱动模块就是填充上述的结构体，根据设备的功能和用途写相应的函数，然后对应到结构体中的指针，然后再写一个入口一个出口（就是模块编程中的init和exit）就可以了，一般情况下入口程序就是在注册platform_device和platform_driver（当然，这样说是针对以platform模式编写驱动程序）。